CN114535524B

CN114535524B - 一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂

Info

Publication number: CN114535524B
Application number: CN202210277215.2A
Authority: CN
Inventors: 郭军力; 胡强; 邹晋; 陆德平; 张友亮; 余辉辉; 曾延琦; 张海明
Original assignee: Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Current assignee: Institute of Applied Physics of Jiangxi Academy of Sciences
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2042-03-21
Also published as: CN114535524A

Abstract

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO 8~16%，SiO₂44~65%，B₂O₃4~9.5%，A1₂O₃5~10%，Na₂O 10~22%和C 0.5~6%。本发明的覆盖剂专用于半连铸结晶器，能够较好的配合低熔点性铜铁合金使用，自身具有熔点低、粘度小的特点，可实现铜合金浇铸过程中防氧化、促吸渣和有效改善铸坯表面质量等作用，从而保证了铜铁合金半连铸结晶时的优异性能。

Description

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂

技术领域

本发明涉及有色冶金技术领域，具体的说是一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂。

背景技术

半连铸结晶器覆盖剂是一种粉末或小颗粒状辅助材料。覆盖剂覆盖在结晶器内的铜合金液表面，起到良好的绝热保温、防止氧化吸气和促使铜液表面凝固的作用。液态熔渣在结晶器振动的作用下，连续流入结晶器铜板与铜液初生坯壳的缝隙中，润滑坯壳与铜板相对运动，从而保证铸坯良好的表面质量。另外覆盖剂组构成的熔渣层还有吸收铜液中上浮的非金属夹杂，净化铜液的作用。结晶器覆盖剂是铸造过程中控制铸坯表面质量的最后一道工艺技术，性能不适宜的覆盖剂，会引起铸坯产生夹渣、裂纹等表面缺陷，严重的甚至造成坯壳撕裂、从而引发拉漏事故。

铜铁合金在冶炼铸造的过程中，其杂质含量通常较高，而杂质中的FeO或Fe₂O₃又是影响成品铜铁合金性能的重要物质。因此，如何在铸造的过程中，对其进行有效的去除，是提高成品铜铁合金性能的关键。同时，铜铁合金的熔点较低，在铜铁合金半连铸的过程中，铜合金在无石墨内衬的结晶器内进行热传递的效率较高，导致结晶器弯月面附近温度较低，使得成品铸坯的内部质量不均一，因此，要求覆盖剂的凝固温度低，粘度小。

目前，现有技术中还没有专门针对铜铁合金使用的，能够有效保证合金铸坯内部的均一性，保证半连铸结晶时有效的润滑，有效去除FeO或Fe₂O₃夹杂的半连铸结晶器用覆盖剂出现。

发明内容

本发明的技术目的为：提供一种专用于半连铸结晶器，能够较好的配合低熔点性铜铁合金使用，自身具有熔点低、粘度小的特点，可实现铜合金浇铸过程中防氧化、促吸渣和有效改善铸坯表面质量作用的铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，来保证铜铁合金半连铸结晶时的优异性能。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO 8~16%，SiO₂ 44~65%，B₂O₃ 4~9.5%，A1₂O₃ 5~10%，Na₂O 10~22%和C 0.5~6%。

该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO 13%，SiO₂ 54%，B₂O₃ 6.5%，A1₂O₃ 8.5%，Na₂O 16%和C 2%。

所述铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂中，CaO与SiO₂的质量比为0.12~0.36。

所述铜铁合金用连铸结晶器覆盖剂的熔点为800~1100℃，在1200℃时的粘度为0.2~1.2Pa.s。

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述质量百分配比，分别称取石灰、石英砂和硼酐，充分混合后，置于1100~1350℃的温度条件下进行预熔处理5~10min，制得预熔物料，备用；

步骤二、按照上述质量百分配比，向步骤一制得的预熔物料中加入氧化铝粉和苏打粉，充分混匀后，于1100~1350℃的温度条件下进行高温处理5~10min，制得基体物料，备用；

步骤三、按照上述质量百分配比，向步骤二制得的基体物料中加入石墨粉，充分混匀后，进行喷雾干燥处理，即得成品铜铁合金用的半连铸结晶器覆盖剂。

所述石灰、石英砂、硼酐、氧化铝粉、苏打粉和石墨粉的粒度均小于250目。

在步骤三中，所述喷雾干燥处理时的温度为70~85℃。

有益效果：

1、本发明提供的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，原料中的多种物质之间相互作用，相辅相成，才具有了较好的使用性能。其中，覆盖剂配方中选用较大质量百分比的Na₂O-SiO₂玻璃成分作为基料，保证半连铸结晶时的熔渣具有较低的软化温度点，而一定配比B₂O₃的加入使得熔渣的融化温度点得到进一步的降低。这使得覆盖剂在使用后能够与低熔点的铜铁合金实现较好的匹配，在半连铸结晶的过程中，展现出较好的覆盖性，进而起到铸坯防氧化的功用。同时，特定配比B₂O₃的加入，可以与铜基铁合金中主要的杂质氧化物FeO和Fe₂O₃发生反应，形成低熔点的化合物，不仅可以有效地祛除铜铁合金中的杂质，保证其成品的品质，还能保证熔渣的熔点、粘度不发生明显波动，进而保证成品铸坯内部结构较好的均一性。添加剂A1₂O₃的加入，则是为了适当保证在高温状态（大于1200℃）下，熔渣的粘度能够保持在0.2Pa.s以上。

2、本发明提供的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，在合金的浇铸温度范围内，熔渣具有较好的流动性，1200℃时的粘度为0.2~1.2 Pa.s，可以实现浇铸过程中熔渣能顺利进入结晶器弯月面区域的铸坯与结晶器壁间隙，实现润滑和传热的功能。

3、本发明提供的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，具有较低的熔点和较小的粘度，配合铜铁合金半连铸结晶使用后，能够有效的覆盖结晶器内的合金铜液，顺利流入铸坯与结晶器壁之间的缝隙，很好的吸收合金中的FeO或Fe₂O₃夹杂，改善合金的洁净度。同时具有良好的保温性能等特点。本发明结晶器覆盖剂能保证铜铁合金半连铸生产顺行。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明，本发明的保护范围不局限于以下实施例。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO8~16%，SiO₂ 44~65%，B₂O₃ 4~9.5%，A1₂O₃ 5~10%，Na₂O 10~22%和C 0.5~6%，余量为不可避免的杂质。

优选的，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO:13%，SiO₂:54%，B₂O₃:6.5%，A1₂O₃:8.5%，Na₂O:16%，C:2%。

优选的，所述铜铁合金用结晶器覆盖剂的碱度CaO/Si0₂为0.12~0.36，低的碱度保证液态覆盖剂熔渣可以流入结晶器壁与铸坯之间形成渣膜，低的析晶温度可以保证熔渣膜具有较好的导热性，保证初始凝固坯壳的凝固速度。

优选的，所述铜铁合金用连铸结晶器覆盖剂的熔点800~1100℃。

优选的，所述铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂在1200℃时的粘度为0.2~1.2Pa.s。

本发明所设计的覆盖剂用于铜铁合金半连铸结晶器内。本发明的覆盖剂体现两个主要特点，低的凝固温度和吸收夹杂能力。使用无石墨内衬的结晶器时，铜合金在结晶器内热传递效率高，导致弯月面附近温度较低，因此要求覆盖剂凝固温度低。较好的吸收夹杂能力可以有效吸收合金液中的FeO或Fe₂O₃夹杂。覆盖剂配方中以Na₂O-SiO₂玻璃成分为基料，通过加入B₂O₃确保熔渣具有较低的融化温度的同时，B₂O₃的加入可以有效的吸收合金液中的FeO或Fe₂O₃氧化夹杂，B₂O₃与铁的氧化物可形成低熔点物质，实现吸收主要夹杂氧化物而熔渣融化温度下不发生明显变化的目的，传统的低B₂O₃熔渣对铁氧化物夹杂吸收不明显，铁氧化物夹杂吸收降低小于20%。A1₂O₃通常具有提高熔渣熔点特点，添加剂A1₂O₃的加入，则是为了适当保证在高温状态（大于1200℃），熔渣的粘度能够保持在0.2Pa.s以上。本发明的覆盖剂实现对低熔点合金的保温、隔绝空气和铸坯润滑的作用，提高了铸坯质量。

实施例1

本实施例提供的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其化学成分及重量百分含量为：CaO:11%，SiO₂:51%，B₂O₃:9%，A1₂O₃:6%，Na₂O:22%，C:1%。

浇铸Fe质量百分含量为15%的铜铁合金，断面420mm*160mm、拉速为90~110mm/min、覆盖剂厚度维持在5mm左右时，覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅。本实施例所采用的覆盖剂的物理性质主要物性指标见下表1所示。

本实施例所铸造的铸坯，经检测与融化炉内合金液中铁氧化物相比，经过结晶器凝固后的铁氧化物夹杂减少30%。1200℃时粘度为0.75 Pa.s。凝固铸坯内总氧含量小于102ppm。（合金铸坯内的总氧量采用定氧仪，夹杂物减少量采用显微评定方法检测。）

实施例2

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其化学成分及重量百分含量为：CaO:10%，SiO₂:55%，B₂O₃:9.5%，A1₂O₃:6%，Na₂O:17%，C:2.5%。

浇铸Fe质量百分含量为12%的铜铁合金，断面450mm*200mm、拉速为80~100mm/min、覆盖剂厚度维持在5mm左右时，覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅。

本实施例所采用的覆盖剂的物理性质主要物性指标见下表1所示。本实施例所铸造的铸坯，经检测与融化炉内合金液中铁氧化物相比，经过结晶器凝固后的铁氧化物夹杂减少35%，1200℃时粘度：0.65 Pa.s。凝固铸坯内总氧含量小于89ppm。（合金铸坯内的总氧量采用定氧仪，夹杂物减少量采用显微评定方法检测。）

实施例3

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其化学成分及重量百分含量为：CaO:8%，SiO₂:52%，B₂O₃:9%，A1₂O₃:5%，Na₂O:22%，C:5%。

浇铸Fe质量百分含量为9%的铜铁合金，断面450mm*200mm、拉速为90~110mm/min、覆盖剂厚度维持在5mm左右时，覆盖剂铺展性较好，能均匀的铺展于铜液表面，化渣均匀稳定，不存在结团等现象。铸坯冷却后，观察冷态下铸坯，铸坯表面总体平整光滑无异常，振痕清晰、规则、较浅。

本实施例所采用的覆盖剂的物理性质主要物性指标见下表1所示。本实施例所铸造的铸坯，经检测与融化炉内合金液中铁氧化物相比，经过结晶器凝固后的铁氧化物夹杂减少28%，1200℃时粘度：0.64 Pa.s。凝固铸坯内总氧含量小于70ppm。（合金铸坯内的总氧量采用定氧仪，夹杂物减少量采用显微评定方法检测。）

实施例4

一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其化学成分及重量百分含量为：CaO: 13%，SiO₂:54%，B₂O₃:6.5%，A1₂O₃:8.5%，Na₂O:16%，C:2%。

本实施例所采用的覆盖剂的物理性质主要物性指标见下表1所示。本实施例所铸造的铸坯，经检测与融化炉内合金液中铁氧化物相比，经过结晶器凝固后的铁氧化物夹杂减少42%，1200℃时粘度：0.58 Pa.s。凝固铸坯内总氧含量小于65ppm。（合金铸坯内的总氧量采用定氧仪，夹杂物减少量采用显微评定方法检测。）

表1 各实施例结晶器覆盖剂的主要物性参数

性能指标	熔点（℃）	1200℃粘度（Pa.s）	总氧含量（ppm）	铁氧化夹杂物减少（%）
					实施例1	1021	0.75	102	30
实施例2	950	0.65	89	35
					实施例3	901	0.64	70	28
实施例4	864	0.58	65	42

由上述试验数据可知：本发明做提供的铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，具有较低的熔点和高温粘度，能够与铜铁合金较好配合，展现出较好的覆盖性、流动性，实现润滑、传热、保温、吸渣功用，且使用后能较好地提高铸坯质量。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其特征在于，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO 8~16%，SiO₂ 44~65%，B₂O₃ 4~9.5%，A1₂O₃ 5~10%，Na₂O 10~22%和C 0.5~6%。

2.根据权利要求1所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，该覆盖剂包括以下质量百分比的组分：CaO 13%，SiO₂ 54%，B₂O₃ 6.5%，A1₂O₃ 8.5%，Na₂O 16%和C 2%。

3.根据权利要求1所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其特征在于：所述铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂中，CaO与SiO₂的质量比为0.12~0.36。

4.根据权利要求1所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂，其特征在于：所述铜铁合金用连铸结晶器覆盖剂的熔点为800~1100℃，在1200℃时的粘度为0.2~1.2Pa.s。

5.根据权利要求1所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂的制备方法，其特征在于：所述石灰、石英砂、硼酐、氧化铝粉、苏打粉和石墨粉的粒度均小于250目。

7.根据权利要求5所述的一种铜铁合金用半连铸结晶器覆盖剂的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述喷雾干燥处理时的温度为70~85℃。